CN1089246A - 垃圾多孔体材料 - Google Patents

Abstract

垃圾多孔体材料，属于一种新型建筑材料，是大 规模处理垃圾或大规模进行废弃物再利用，使垃圾大 规模凝固再生和有益化的技术。它是以垃圾和膨胀 页岩为原料，经粉碎、混合、烧结而成的，具有高强、轻 质、多孔特征的人造轻骨料。用作混凝土填充料，高 强水泥砂浆，而非常大量地用于高层建筑材料，公路 及高速公路路面材料，三峡工程，以及用于农业上防 止水土流失的保土工程。其生产工艺简单，成本非常 低廉。

Description

本发明涉及垃圾处理和废物再利用技术，尤其是以膨胀页岩和垃圾为原料生产垃圾多孔体材料，并大规模处理垃圾的技术。

目前，公知的技术有：澳大利研究出一种“用垃圾生产混凝土轻质填充物”是将垃圾粉碎两次与粘土和公共饮食单位、汽车修理厂排出的废液混合经三个转炉连续加工焙烧而成，但是上述澳大利的垃圾处理技术有以下不足：（1）工艺繁琐，不利于大规模的进行垃圾处理;（2）原料中应用了垃圾，但其中部分原料指定为饮食单位及气修厂排出的废液，这样的原配料是十分狭隘的，不利于进行大规模的垃圾处理。（3）“澳垃技术”的产品-“填充物”其品质是低的，不具备高的机械强度，也不够轻质，其比重比普通填充物（石子）只轻20%;（4）原料中的烧结料唯一用的是粘土，在地球上，粘土是宝贵的，使用粘土全损坏耕地，粘土也是不多的，会造成原料的馈乏，不能满足大规模垃圾处理的需要。

我国也有关于使用粘土处理垃圾的：专利申请号91101067“利用城市垃圾造砖技术”就是一例，是利用粘土和垃圾为原料，经烧结制造的，其优点是处理率高;但粘土仍成为唯一选用的烧结料，仍存在损坏耕地，以及粘土资源的馈乏问题，而垃圾却越来越多。反应垃圾或垃圾建筑材料的文件资料有：

“澳大利研究出一种用垃圾生产混凝土轻质填充物”《中国科技信息》1992年第1期。

“日本利用垃圾灰制造建筑材料”《建材工业信息》1992年第11期。

“全球新型大战-垃圾战”《世界科学》1992年6期。

“正在兴起的美国垃圾工业”《科学世界》1992年8期。

地球上的垃圾越来越多，据估计：会球每年新增垃圾100亿吨，合人均2吨。我国全国每年排放工业固体废物达6亿吨，城市年积存垃圾5000余万吨，以平均每年10%的速度增加，许多城市面临垃圾包围的隐患。垃圾问题正使全人类面临空前严竣的挑战。

本发明的目的是提供一种以垃圾和膨胀页岩（易熔页岩）为原料，经烧结制成一种新型建筑材料-垃圾多孔体材料，并大规模进行废弃物再利用的技术，也是一种使垃圾大规模凝固再生的有益化技术。

首先是为了提供一种大规模垃圾处理的技术，它是利用分布极其广泛，世界各个地区几乎都有产出，资源极为丰富的膨胀页岩为原料，而不使用粘土，既不损坏耕地，又从原料上为大规模处理垃圾提供了资源保证。

本发明是使垃圾大规模凝固再生和有益化的技术，其生产的垃圾多孔体材料，是一种建筑新材料-人造轻骨料，具有高强、轻质、多孔的特征，而用于混凝土填充料、高强水泥砂浆，以及配制具有轻重量填料的加强混凝土，而非常大量地用作高层建筑材料、公路及高速公路路面材料，三峡主体工程及移民工程建筑，以及制作一种廉价的、利于现代化施工的混凝土，而最大量用于农业上防止水土流失。

从工艺上，本发明的目的是提供一种生产工艺简单，成本非常低廉的，进行废弃物再利用的大规模的工业化生产技术。

本发明是这样实现的：以垃圾和膨胀页岩（易熔页岩）为原料，可以不加入助剂，经烧结而制成垃圾多孔体材料，并同时大规模处理垃圾。

本发明采用的膨胀页岩（易熔页岩）：是含有适量的氧化铁、碳、有机质和钙、镁等助熔组分和挥发份的粘土质页岩，泥质粉砂岩，碳质页岩等易熔岩石。当这类易熔岩石（页岩）和垃圾混合后，在1100℃-1200℃温度下焙烧的时候，铁与碳互相作用，发生氧化铁的还原反应，还原后的铁和硅酸盐发生反应而形成易熔的低熔体，当受热到熔点时，其中除有少数残留物以包裹体存在之外，绝大部分垃圾都已被熔融或者参加反应而化合。同时由于挥发份（有机质）产生气相物质，并同时膨胀，经冷却而形成具轻质高强陶瓷特征的垃圾多孔体材料。其中铁、镁等物质起了助熔作用。为本发明进行的垃圾多孔体材料的生产在烧结过程中具有低的烧成温度和短的烧成时间提供了条件。而铁、镁等助熔物质的来源，主要来自易熔（膨胀）页岩。

其中膨胀和发泡作用的有机质，既可来源于页岩原料之中，也可以来自垃圾原料之中。这里提供了对原料组份-有机质产生了两种选择，即当页岩中有机质缺乏时，垃圾原料最好选用城市生活垃圾，当页岩中有机质含量足够充分时，垃圾原料可选用工业固体废物。因此，本发明采用的原料，其中垃圾既可以是城市生活垃圾，也可以是工业废物。

本发明在工艺上将页岩与垃圾混合时，为了成形或者成球的需要，需加入一定的水份进行调合，而可以采用废水或污水，这样污水的处理量可占全部原料的10%以上。因此本发明可以处理掉一定的污水。

由于采用了有以上成份特征，烧结特征，热化特征的膨胀页岩和垃圾为原料的方案，可以生产出垃圾多孔体材料以及大规模地处理垃圾，并可以达到本发明的目的，生产工艺简单，以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例

本发明在进行垃圾多孔体材料生产的实施例中，所用的原料是垃圾和一种“笔石相页岩”，无需其他的外加剂（助熔剂和发泡剂），即可生产出高强度的垃圾多孔体材料。

这种“笔石相页岩”呈黑色到黑灰色，粉砂结构，显薄层状构造，风化后颜色变浅，并呈板状，其成份主要为硅酸盐矿物，含有铁、钙、镁、碳和有机质，并有钒、钛、镍、锰、硼等元素的相对富集。这种“笔石相页岩”产于砂页岩系地层中，以含笔石为特征。出露长达数千公里以上，规模巨大，蕴藏十分丰富，分布广泛，特别在三峡库区有广泛分布和巨大规模地集中产出。

这首先有利于三峡库区的垃圾处理，尤其是对西南重镇重庆的垃圾处理创造了十分有利的条件，又特别是库区淹没区，主要是重庆有史以来堆积在江河两岸的旧垃圾的处理。

据报道：三峡工程对重庆环境的影响将是深远的，水库建成后，水流速度下降，江水的稀释扩散能力和复氧能力会有所降低，目前，多年累积的城市垃圾，大多在175米水位之下，被淹后，将严重影响重庆江段的水质。

据刊物资料：“日本东京市市长会议提出：不是垃圾把我们淹没，就是我们把垃圾消灭掉，这一场严重的垃圾战争必须采取紧急对策，晚一天都会带来不可挽回的后果”。

重庆面临的垃圾问题，是更为火急的。

本实施例采用的“笔石相页岩”作为垃圾多孔体材料生产的原料，其成份是非常适合的，由于有适量的钙镁、铁和碳，为本实施例进行的垃圾多孔体材料的生产，在烧结过程中具有低的烧成温度1100-1200℃和短的烧成时间，仅2-3分钟提供了条件。

本实施例利用的“笔石相页岩”其中有钒、钛、镍、硼等元素的相对富集，由于它们的存在，并参与了垃圾多孔体材料形成的热力化学作用，将使垃圾多孔体材料增加很多优良理化性能，譬如进一步提高其机械强度，硬度和耐磨度，以及抗蚀能力和化学稳定性。

本发明以一种“笔石相页岩”为原料的实施例，其生产的垃圾多孔体材料有以下特征：

1、多孔及轻质特征：由于孔隙和微孔隙的存在，使垃圾多孔体材料具备了轻质特征，比普通填充物轻40%以上。

2、具有陶瓷性质特征，其原料成份主要为硅酸盐，其烧结后具有高的机械强度和硬度以及性脆的特征。摩氏硬度可大于8。

3、隔音绝热特征：由多孔而质轻引出了隔音及绝热的性能。

4、具有低的含水率，或不含水而利水的特征：由所具有的陶瓷特征及其孔隙的互不连通，以及有效的防止裂隙的延展，不但其含水率低，而且有阻水利水特征。

5、具有大的表面积特征：由多孔质特点形成了大的表面积特征，这大为增加了作为填充料与胶结剂之间的结合力，将大幅度提高胶凝材料的强度。

6、电绝缘特征：垃圾多孔体材料具有陶瓷般的绝缘特征。

7、具有良好的化学稳定性，抗酸碱、盐及大气腐蚀。

垃圾多孔体的以上特征，赋与了本发明不但能使垃圾无害化，而且能将垃圾长期凝固，使之变成稳定物质。不难看出：本发明对垃圾处理的技术是通过两次凝固而实现的，一次是烧结，另一次是胶结。本特征是：一步实现了垃圾无害化和使垃圾变成了稳定物质，并且不论从物理、还是化学都达到了稳定。这比日本先用焚烧炉制成垃圾灰，然后再胶结成胶凝材料，不论对垃圾凝固次数或是凝固效果都显然要好。

本发明实现的垃圾处理凝固和无害化技术，也从根本上克服了填埋法以及生物垃圾处理法（也是填埋法）存在的严重问题-地下水污染，而地下水是与水井和江河湖泊沟通的。

本发明-垃圾多孔体是一种新型建筑材料，与人造骨料陶粒非常相似，具有高强、轻质、多孔特征，高的机械强度和耐磨度，而极为广泛地用于楼房建筑材料、公路及高速公路路面材料，水电及其他工程建筑材料。

垃圾多孔体材料在整个建筑材料中将占据最大数量，而全世界的材料生产主要是建筑材料。由于生态环保的需要，垃圾多孔体材料将覆盖整个建筑领域，这为本发明进行大规模的垃圾处理，并大规模生产垃圾多孔体材料奠定了坚实基础。

本发明的生产工艺如下：

本实施例的生产工艺和设备，与水泥生产基本相同，即先将“笔石相页岩”进行碎矿、磨矿，然后与粉碎或磨细的垃圾混合，配合比一般为1∶1，经成球、干燥，然后在短的旋窑中焙烧，焙烧温度为1100℃-1200℃，烧成时间2-3分钟，即得到垃圾多孔体粒料。

其焙烧也可以在立窑中进行，即碎料磨料，加煤成球的内加煤（全黑法）进行煅烧，而制得垃圾多孔体粒料。

本生产工艺在烧制过程中，有较大量的废气和煤烟排出，需要进行废气处理-本发明生产工艺的后工序处理，可使用对气体进行再燃烧的方法，或是垃圾焚烧炉处理废气的方法即可解决。

垃圾处理应该采取综合治理和利用，包括回收、分检处理方式。因此，本发明生产工艺的前工序，应该进行分选、分离、分检和提前回收等技术处理;但已超出本发明的范筹。

本发明对其生产的垃圾多孔体材料的应用如下：

本发明由于把垃圾废弃物变成了有用材料，因此，垃圾成为了资源，据统计：全国积存下来的垃圾已超过50亿吨。本发明采用的“膨胀页岩”或是垃圾，其资源都是十分丰富的，生产成本非常低廉，生产工艺简单，可最大规模地生产出混凝土用轻质填充料，而到处用于各种建筑，特别是用作高层超高层建筑的加强混凝土填料。

据预测：“21世纪，加强混凝土，将被具有轻重量填料的钢筋结构代替”。而本发明将以非常大规模的数量提供这种轻重量的填充料，而供给各种建筑群体的需要，特别是超高层建筑物的需要。

我国三峡工程的建设，拟将采用新技术，其混凝土方面拟将采用碾压混凝土新技术和加强混凝土新技术。本发明可为三峡工程及库区移民搬迁提供最大量的建筑材料-混凝土填充料。

本发明生产的垃圾多孔体材料，是一种优异的新型路面材料。路面材料是目前的攻关课题，世界各国都在致力研究。本发明生产的垃圾多孔体材料，摩氏硬度可大于8，具有多孔及大的表面积特征，利于提高水泥、沥青等路面胶结材料和垃圾多孔体填充材料之间的结合力，从而提高了混凝土或沥青路面的强度，克服了一般混凝土（沥青）路面水泥（沥青）和碎石介面之间的薄弱环节，因此，其制备的路面材料，具有抵抗各种复杂机械冲击的优异性能。

本发明生产的垃圾多孔体材料，由于具有陶瓷特性及其孔隙的互不连通，以及有效防止裂隙的延展，不但含水率低，而且有利水、阻水的特征，而用其制备的水泥砂浆有很好的冻融耐久性，用作路面材料，特别是高速公路，将是抗冻的、防滑的。

本发明生产的垃圾多孔体材料，很重要的用途是制作一种廉价的垃圾人造骨料混凝土，或垃圾人造骨料水泥砂浆，用于现代化施工的农业上的灌溉，以及防止水土流失，实现有效的保土和合理灌溉。

据报道：每年从世界耕上流失的表层土壤约250亿吨。这是一个严重而惊人的世界环境问题。我国也约1/3的耕地受到水土流失的危害。

Claims (6)

1、一种用垃圾生产混凝土轻质填充物，是以垃圾与粘土混合，经转炉焙烧而成的，本发明垃圾多孔体材料的特征是：以垃圾和膨胀页岩为原料，经混合烧制而成垃圾多孔体材料，并大规模处理垃圾，用作混凝土轻质填充料、高强水泥砂浆。

2、根据权利要求1垃圾多孔体材料，其特征是：不但是多孔的，而且是高强轻质的，具有很高的硬度和耐磨度。

3、根据权利要求1大规模处理垃圾，其特征是将膨胀页岩焙烧至熔点，同时膨胀使垃圾凝固，再生为垃圾多孔体材料，而大规模处理垃圾。

4、根据权利要求1垃圾多孔体材料经烧制而成，其特征是可以在旋窑中焙烧或立窑中焙烧。

5、根据权利要求1以垃圾和膨胀页岩为原料，经混合烧制而成，其特征是混合可加入适量的生活或工业废水进行拌合，而处理掉一定数量的污水。

6、根据权利要求1垃圾多孔体材料用作混凝土轻质填充料，高强水泥砂浆，其特征是用于高层建筑，用于具有轻重量填料的钢筋结构加强混凝土、墙、地板（砖）、公路及高速公路路面材料，三峡大坝工程及枢纽工程。